Методы и средства защиты атмосферы Основные методы защиты атмосферы от химических примесей. Способы и средства защиты атмосферы и оценка их эффективности Средства защиты атмосферы
Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы.
В первую группу входят мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.
Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют:
Замену менее экологичных видов топлива экологичными;
Сжигание топлива по специальной технологии;
Создание замкнутых производственных циклов.
В первом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы. При сжигании различных топлив такие показатели, как зольность, количество диоксида серы и оксидов азота в выбросах, могут сильно различаться между собой, поэтому введен суммарный показатель загрязнения атмосферы в баллах, который отражает степень вредного воздействия на человека. Так, для сланцев он равен 3,16, подмосковного угля - 2,02, экибастузского угля - 1,85, березовского угля - 0,50, природного газа - 0,04.
Сжигание топлива по особой технологии (рис. 4.2) осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предварительной их газификацией.
Для уменьшения мощности выброса серы твердое, порошкообразное или жидкое топливо сжигают в кипящем слое, который формируется из твердых частиц золы, песка или других веществ (инертных или реакционно-способных). Твердые частицы вдуваются в проходящие газы, где они завихряются, интенсивно перемешиваются и образуют принудительно равновесный поток, который в целом обладает свойствами жидкости.
Рис. 4.2. Схема тепловой электростанции с использованием дожигания топочных газов и впрыскиванием сорбента: 1 - паровая турбина; 2 - горелка; 3 - бойлер; 4 - электроосадитель; 5 - генератор
Предварительной газификации подвергаются уголь и нефтяные топлива, однако на практике чаще всего применяют газификацию угля. Поскольку в энергетических установках получаемый и отходящий газы могут быть эффективно очищены, то концентрации диоксида серы и твердых частиц в их выбросах будут минимальными.
Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. превращая их в новые продукты.
Классификация систем очистки воздуха и их параметры
По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной - твердые частицы или капельки жидкости.
Системы очистки воздуха от пыли (рис. 4.3) делятся на четыре основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, а также электрофильтры и фильтры.
Рис. 4.3. Системы и методы очистки вредных выбросов
При повышенном содержании пыли в воздухе используют пылеуловители и электрофильтры. Фильтры применяют для тонкой очистки воздуха с концентрацией примесей менее 100 мг/м 3 .
Для очистки воздуха от туманов (например, кислот, щелочей, масел и др. жидкостей) используют системы фильтров, называемых туманоуловителями.
Средства защиты воздуха от газопарообразных примесей зависят от выбранного метода очистки. По характеру протекания физико-химических процессов выделяют метод абсорбции (промывка выбросов растворителями примеси), хемосорбции (промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), адсорбции (поглощение газообразных примесей за счет катализаторов) и термической нейтрализации. Все процессы извлечения из воздуха взвешенных частиц включают, как правило, две операции: осаждение частиц пыли или капель жидкости на сухих или смоченных поверхностях и удаление осадка с поверхностей осаждения. Основной операцией является осаждение, по ней собственно и классифицируются все пылеуловители. Однако вторая операция, несмотря на кажущуюся простоту, связана с преодолением ряда технических трудностей, часто оказывающих решающее влияние на эффективность очистки или применимость того или иного метода.
Выбор того или иного пылеулавливающего устройства, которое представляет систему элементов, включающую пылеуловитель, разгрузочный агрегат, регулирующее оборудование и вентилятор, предопределяется дисперсным составом улавливаемой частицы промышленной пыли. Поскольку частицы имеют разнообразную форму (шарики, палочки, пластинки, игла, волокна и т.д.), то для них понятие размера условно. В общем случае принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения, - седиментационным диаметром. Под ним подразумевают диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности частиц.
Для очистки выбросов от жидких и твердых примесей применяют различные конструкции улавливающих аппаратов, работающих по принципу:
Инерционного осаждения путем резкого изменения направления вектора скорости движения выброса, при этом твердые частицы под действием инерционных сил будут стремиться двигаться в прежнем направлении и попадать в приемный бункер;
Осаждения под действием гравитационных сил из-за различной кривизны траекторий движения составляющих выброса (газов и частиц), вектор скорости движения которого направлен горизонтально;
Осаждения под действием центробежных сил путем придания выбросу вращательного движения внутри циклона, при этом твердые частицы отбрасываются центробежной силой к сетке, так как центробежное ускорение в циклоне до тысячи раз больше ускорения силы тяжести, это позволяет удалить из выброса даже весьма мелкие частицы;
Механической фильтрации - фильтрации выброса через пористую перегородку (с волокнистым, гранулированным или пористым фильтрующим материалом), в процессе которой аэрозольные частицы задерживаются, а газовая составляющая полностью проходит через нее.
Процесс очистки от вредных примесей характеризуется тремя основными параметрами: общей эффективностью очистки, гидравлическим сопротивлением, производительностью. Общая эффективность очистки показывает степень снижения вредных примесей в применяемом средстве и характеризуется коэффициентом
где С вх и С вых - концентрации вредных примесей до и после средства очистки. Гидравлическое сопротивление определяется как разность давления на входе Р вх и выходе Р вых из системы очистки:
где ξ - коэффициент гидравлического сопротивления; р и V - плотность (кг/м 3) и скорость воздуха (м/с) в системе очистки соответственно.
Производительность систем очистки показывает, какое количество воздуха проходит через нее в единицу времени (м 3 /ч).
Пассивные методы делятся на:
1) ограничение выбросов:
Санитарно-защитная зона- это полоса земли, которая отделяет предприятие от жилой застройки. Ширина зависит от мощности, объема выбросов, концентрации выбросов, создаваемого шума. Территория санитарно-защитных зон должна быть обязательно озеленена (>
Методы обеспыливания воздуха. Основные технические показатели пылеуловителей.
Для очистки от пыли используют сухие и мокрые пылеуловители, а также сухие и мокрые электрофильтры. Выбор метода и аппарата для улавливания аэрозолей зависит от дисперсного состава (размера частиц, находящихся в воздухе), эффективности, расхода или производительности аппарата.
Эффективность улавливания или степень очистки - выражается количеством уловленного материала, поступившего в газоочистной аппарат с газовым потоком за определенный период времени. (G 1 , G 2 - массовый расход (концентрация) частиц пыли, содержащихся в газе на входе и на выходе из аппарата [кг/ч]).
В основе работы сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. К основным аппаратам сухой очистки относятся: пылеосадительные камеры, циклоны, фильтры, электрофильтры.
«+»- температура выбросов после очистки достигает до 50()°С (есть возможность утилизации):
При выбросе горячих газов улучшается их рассеивание в атмосфере;
Отсутствие потребления воды и образования сточных вод;
Возможность возвратить уловленную пыль обратно в производство.
«-» - возможная конденсация паров на стенках аппарата, что приводит к коррозии стенок и образование трудно улавливаемых отложений пыли;
Трудности с удалением уловленной пыли (возможность вторичного загрязнения воздуха).
Центробежные пылеуловители.
К ним относятся различные типы циклонов и вихревые пылеуловители.
Циклон . Получили наибольшее распространение в промышленности (для улавливания золы на ТЭС, на деревообрабат-их заводах). η=90%, d>10мкм.
«+» -отсутствие движущихся частей в аппарате;
Надежность работы при высоких температурах (до 500°C)-при работе с более высокими °t изготовляются из спец. материалов;
Возможность улавливания абразивных материалов (внутренняя поверхность циклона обрабатывается спец.покрытием);
Постоянное гидравлическое сопротивление;
Хорошая работа при высоких давлениях газа;
Простота изготовления.
«-» -низкая эффективность при улавливании частиц меньше 5мкм;
Высокое гидравлическое сопротивление (1,2-1,5кПа).
1-входной патрубок
В циклоне происходит спиралеобразное закручивание потока, в результате чего частицы отбрасываются к стенкам и постепенно опускаются в бункер 2. ОВ через выходное отверстие 3 выбрасывается в атмосферу. Частицы аэрозоли движутся вдоль результирующей силы Fp и прижимаются к внутренним поверхностям корпуса (трубы) и по этой поверхности скользят вниз и попадают в пылесборник. Периодически нижняя часть пылесборника открывается и таким образом удаляется пыль, на это время заслонку на патрубке закрывают. Эффективность улавливания частиц пыли в циклоне прямо пропорциональна скорости газа в степени ½ и обратно пропорциональна диаметру аппарата.
Для увеличения центробежной силы Fц необходимо (для повышения эффективности):
Увеличивать скорость пылевоздушной струи;
Уменьшать диаметр циклона.
Из практики известно, что скорость струи должна быть от 15 до 18 м/с. Отношение высоты циклона к D д.б. 2/3.
При больших расходах очищенных газов применяются групповые/батарейные циклоны – это позволяет не увеличивать D циклона. Запыленный газ входит в общий коллектор и распределяется по циклонам (работают параллельно).
Вихревые пылеуловители. Η<90%, d>2мкм.
Основным отличием от циклонов является наличие вспомогательного закручив-ся потока. В аппарате соплового типа запыленный газовый поток подается снизу аппарата и закручивается при помощи лопаточного завихрителя. Закрученный газовый поток движется вверх, при этом подвергаясь действию нескольких струй вторичного газа. Вторичный газ подается из тангенциально расположенных сопел вверху аппарата. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к периферии корпуса аппарата, а оттуда в создаваемый струями поток вторичного газа, направляющий их вниз в кольцевое межтрубное пространство. Кольцевое межтрубное пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой, обеспечивающей спуск пыли в бункер.
1-камера; 2-выходной патрубок; 3-сопла;
4-лопаточный завихритель; 5-входной патрубок; 6-подпорная шайба;
7-пылевой бункер.
Электрофильтры.
Электрофильтр - наиболее современный пылеулавливающий аппарат. η=99-99,5%, d=0,01-100мкм. температура очищ-го газа до 450°C.
В электрофильтре используется высоковольтное электростатическое поле. Напряжение на электродах до 50 кВ. Частицы проходят через 2 зоны. В 1-й зоне частица приобретает Эл. потенциал (заряжается), во 2-й зоне заряженная пыль движется к противоположенному электростатическому заряду и оседает на нем. Поэтому для очистки воздуха от пыли используется 3 вида сил: сила тяжести; сила воздушного напора и электростатическая сила.
По конструкции они м.б. вертикальными игоризонтальными.
1 – коронирующий электрод
2 – осадительный электрод
3 – бункер
4 – источник напряжения
При подаче высоковольтного напряжения между коронирующим и осадительным электродами создается электростатическое поле высокой напряженности. При поступлении загрязненного воздуха через патрубок образуется ламинарная струя (поток), которая движется ветрикально вверх через электростатическое поле. При этом на частицу действуют силы: G, Fh, и Рэл.ст.. При этом Fh превышает G на несколько процентов. При такой схеме сил частица отклоняется от вертикальной оси и движется в сторону осадительного электрода и прилипает к внутренней поверхности трубы. Происходит передача отрицательного заряда частицам пыли и их осаждение на осадительных электродах. Регенерация фильтра осуществляется встряхиванием.
«-» большой расход энергии (0,36-1,8 МДж на 1000 м 3 газа).
Чем выше напряженность поля и ниже скорость газа в аппарате, тем лучше улавливание пыли.
Процеживание и отстаивание.
Процеживание - это процесс пропускания сточных вод через решётки и сита перед более тонкой очисткой
Решётки улавливают примеси не менее 10-20 мм, решётки периодически очищают;
Эффективность работы не более 70%
Процеживание используется только для предварительной очистки СВ
В некоторых областях используют сита с размером ячеек до 1 мм, которые позволяют удалять вещества 0,5-1 мм.
С помощью расчёта осуществляется подбор решётки, и определяются потери напора в ней.
Отстаивание - это осаждение грубодисперсных примесей под действием силы тяжести.
Используются:
1) песколовки, применяются для удаления минеральных частиц и песка (0,15-0,25 мм). Песколовка - это резервуар с тропецеидальным или треугольным основанием (<0,3м/с, эффективность не более 95%).
Бывают: - вертикальные (движение снизу вверх); - горизонтальные; -аэрируемые.
Н = 0,25 – 2 м
v = 0,15 -0,3 м/с
В = 3 – 4,5 м
Длина рабочей части:
L = (1000*k s *H s *υ s)/ u s, где:
H s -расчётная глубина песколовки, k s – к-т, принимаемый в зависимости от типа песколовки, υ s – скорость движения воды в песколовке, u s – гмдравлическая крупность (14 – 24 мм/с)
2) отстойники.
По конструктивному исполнению: горизонтальные, вертикальные, радиальные, трубчатые и с наклонными пластинами. По назначению: первичные, - вторичные.
Горизонтальные – прямоугольные резервуары, имеющие 2 и более одновременно работающих отделения.
1 – входной латок;
2 – выходной лоток;
3 – камера отстаивания;
4 –лоток для удаления всплывших примесей.
Q – более 15 000 м 3 / сут
Н =1,5 – 4 м, L = 8 -27м, В = 3-6 м, v =0,01 м/с.
Вертикальные – круглые в плане резервуары, диаметром 4, 6, 9м с коническим днищем. Сточную воду подводят по центру к трубе, и после поступления внутрь она движется снизу вверх.
1- центральная труба;
2- жёлоб для отверстия;
3- цилиндрическая часть;
4- коническая часть.
Q – менее 20000 м 3 / сут;
Диаметр – 4, 6, 9; высота- 4 -5 м, скорость – 0,5 – 0,6 м/с.
Радиальные – круглые в плане резервуары, вода поступает через центр трубы и движется от центра к периферии.
2- распределительное устройство;
3- скребковый механизм;
Q – более 20000 м 3 / сут;
Высота – 1,5–5 м, диаметр – 16 – 60 м.
Расчёт отстойника производиться по кинетике выпадения взвешенных веществ с учётом необходимого эффекта осветления. Расчётом определяется гидравлическая крупность, по которой рассчитываются параметры отстойника.
Увеличить эффективность осаждения можно:
Увеличив размеры частиц коагуляцией; - уменьшая вязкость воды (например, нагреванием); - увеличив площадь отстаивания.
3) нефтеловушка
1- корпус;
2- слой нефти;
3- труба для сбора нефти (жира);
4- перегородка для удержания всплывших нефтепродуктов;
5- приямок для осадков
Степень очистки менее 70%. Для увеличения эффективности снизу подают воздух. Рассчитываются как отстойники с учётом гидравлической крупности всплывающих частиц.
Осветлители, применяются для очистки природных вод и для предварительного осветления СВ. в осветлителях создается взвешенный слой осадка через который фильтруются СВ.
Процесс отстаивания используется и для очистки частиц, имеющих плотность меньше, чем плотность воды, такие частицы всплывают и убираются с поверхности отстойника (жироловушки и нефтеловушки). Эффективность для нефти 96-98% для жира не более 70%..
Методы защиты атмосферы, их классификация.
Активные - они предусматривают экологизацию технологических процессов, т.е. создание безотходных технологий, создание замкнутых технологических циклов (редко).
Пассивные методы делятся на:
1) ограничение выбросов:
Усовершенствование топлива и замена другим видом;
Обеспечение более полного сгорания топлива;
Предварительная очистка сырья от летучих примесей;
Повышение роли безотходных источников энергии (АЭС, солнечная, ветровая).
2) рассредоточение, локализация и рассеивание выбросов
Выбор производится на стадии проектирования, строительства объекта выброса;
Нельзя строить в местах застоя воздуха;
На определенном расстоянии от жилых зон с учетом розы ветров;
Д. б. минимальное количество дней в году, в которые ветер дует от предприятия к городу;
Расположение производственных и жилых зданий должны способствовать сквозному проветриванию;
При компоновке зданий около магистрали следует: в центре больницы, дет. сады...
Локализация - это устройство вытяжных шкафов для удаления ЗВ. Централизация - несколько мелких источников объединяют в один крупный источник для наиболее эффективной работы очистных сооружений (низкая стоимость очистки воздуха). Рассеивание - выброс ЗВ в верхний слой атмосферы через трубы и дальнейшее его разбавление с чистым (наиболее опасен из низких труб). Рассредоточение – расположение предприятий на территории с учетом расположения города, розы ветров (на стадии проектировния).
3) устройство санитарно-защитных зон:
Для снижения воздействия предприятий на окружающую среду вокруг них делаются санитарно-защитные зоны;
Санитарно-защитная зона- это полоса земли, которая отделяет предприятие от жилой застройки. Ширина зависит от мощности, объема выбросов, концентрации выбросов, создаваемого шума. Территория санитарно-защитных зон должна быть обязательно озеленена (>=60% от площади) и благоустроена (кроме больниц, парков, стадионов...)
4) очистка выбросов - это улавливание ЗВ из отходящих газов.
Все выбросы делятся на парогазовые и аэрозольные выбросы, на производстве всегда производится очистка от пыли затем от газов.
Очистка от пыли: -сухие методы (пылеосадительные камеры, пылеуловители (инерционные, динамические, вихревые), циклоны, фильтры (волокнистые, тканевые, зернистые, керамические)); -мокрые методы (газопромыватели (полые, насадочные, тарельчатые, ударно-инерционные, центробежные, механические, скоростные)); -электрические методы (сухие и мокрые электрофильтры).
Очистка от туманов и брызг: - фильтры туманоуловители; - сетчатые брызгоуловители.
1
Содержание
I. Строение
и состав атмосферы
II. Загрязнение
атмосферы:
- Качество
атмосферы и особенности ее загрязнения;
Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу.
- Основные
методы защиты атмосферы от химических
примесей;
Классификация систем очистки воздуха и их параметры.
I. Строение и состав атмосферы
Атмосфера
–
это газообразная оболочка Земли, состоящая
из смеси различных газов и простирающаяся
на высоту более 100 км. Она имеет слоистое
строение, которое включает ряд сфер и
расположенные между ними паузы. Масса
атмосферы составляет 5,91015 т, объем
–
13,2-1020 м 3 . Атмосфера играет огромную
роль во всех природных процессах и, в
первую очередь, регулирует тепловой режим
и общие климатические условия, а также
защищает человечество от вредного космического
излучения.
Основными
газовыми компонентами атмосферы являются
азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%) и углекислый
газ (0,03%). Газовый состав атмосферы
меняется с высотой. В приземном слое из-за
антропогенных воздействий количество
углекислого газа возрастает, а кислорода
снижается. В отдельных регионах в результате
хозяйственной деятельности в атмосфере
увеличивается количество метана, оксидов
азота и других газов, вызывающих такие
неблагоприятные явления, как парниковый
эффект, разрушение озонового слоя, кислотные
дожди, смог.
Циркуляция
атмосферы влияет на режим рек, почвенно-растительный
покров, а также экзогенные процессы
рельефообразования. И, наконец, воздух
–
необходимое условие жизни на Земле.
Наиболее
плотный слой воздуха, прилегающий
к земной поверхности, носит название
тропосферы. Толщина ее составляет: на
средних широтах 10-12 км, над уровнем моря
и на полюсах 1-10 км, а на экваторе 16-18 км.
Из-за
неравномерности нагрева солнечной энергией
в атмосфере образуются мощные вертикальные
потоки воздуха, а в приземном слое отмечается
неустойчивость его температуры, относительной
влажности, давления и т.п. Но при этом
температура в тропосфере по высоте является
стабильной и уменьшается на 0,6°С на каждые
100 м в диапазоне от +40 до -50°С. В тропосфере
содержится до 80% всей влаги, имеющейся
в атмосфере, в ней образуются облака и
формируются все виды осадков, которые
по своей сути являются очистителями воздуха
от примесей.
Выше
тропосферы расположена стратосфера,
а между ними находится тропопауза.
Толщина стратосферы составляет около
40 км, воздух в ней заряжен, влажность его
невысока, при этом температура воздуха
от границы тропосферы до высоты 30 км над
уровнем моря постоянна (около -50°С), а
затем она постепенно повышается до +10°С
на высоте 50 км. Под воздействием космического
излучения и коротковолновой части ультрафиолетового
излучения Солнца молекулы газов в стратосфере
ионизируются, в результате образуется
озон. Озоновый слой, располагаемый до
40 км, играет очень большую роль, оберегая
все живое на Земле от ультрафиолетовых
лучей.
Стратопауза
отделяет стратосферу от лежащей
выше мезосферы, в которой количество
озона уменьшается, а температура
на высоте примерно 80 км над уровнем моря
составляет -70°С. Резкий перепад температур
между стратосферой и мезосферой объясняется
наличием озонового слоя.
II. Загрязнение атмосферы
1) Качество атмосферы и особенности ее загрязнения
Под
качеством атмосферы понимают совокупность
ее свойств, определяющих степень воздействия
физических, химических и биологических
факторов на людей, растительный и животный
мир, а также на материалы, конструкции
и окружающую среду в целом. Качество атмосферы
зависит от ее загрязненности, причем
сами загрязнения могут попадать в нее
от природных и антропогенных источников.
С развитием цивилизации в загрязнении
атмосферы все больше и больше превалируют
антропогенные источники.
В
зависимости от формы материи
загрязнения подразделяют на вещественные
(ингредиентные), энергетические (параметрические)
и вещественно-энергетические. К первым
относят механические, химические и биологические
загрязнения, которые обычно объединяют
общим понятием «примеси», ко вторым -
тепловые, акустические, электромагнитные
и ионизирующие излучения, а также излучения
оптического диапазона; к третьим - радионуклиды.
В
глобальном масштабе наибольшую опасность
представляет загрязнение атмосферы
примесями, так как воздух выступает
посредником загрязнения всех других
объектов природы, способствуя распространению
больших масс загрязнения на значительные
расстояния. Промышленными выбросами,
переносимыми по воздуху, загрязняется
Мировой океан, закисляются почва и вода,
изменяется климат и разрушается озоновый
слой.
Под
загрязнением атмосферы понимают привнесение
в нее примесей, которые не содержатся
в природном воздухе или изменяют соотношение
между ингредиентами природного состава
воздуха.
Численность
населения Земли и темпы его
роста являются предопределяющими
факторами повышения интенсивности загрязнения
всех геосфер Земли, в том числе и атмосферы,
так как с их увеличением возрастают объемы
и темпы всего того, что добывается, производится,
потребляется и отправляется в отходы.
Наибольшее загрязнение атмосферы наблюдается
в городах, где обычные загрязнители -
это пыль, сернистый газ, оксид углерода,
диоксид азота, сероводород и др. В некоторых
городах в связи с особенностями промышленного
производства в воздухе содержатся специфические
вредные вещества, такие, как серная и
соляная кислота, стирол, бенз(а)пирен,
сажа, марганец, хром, свинец, метилметакрилат.
Всего в городах насчитывается несколько
сотен различных загрязнителей воздуха.
Особую
тревогу вызывают загрязнения атмосферы
вновь создаваемыми веществами и соединениями.
ВОЗ отмечает, что из 105 известных элементов
таблицы Менделеева 90 используются в производственной
практике, а на их базе получено свыше
500 новых химических соединений, почти
10% из которых вредные или особо вредные.
2)
Основные химические
примеси,
загрязняющие
атмосферу
Различают
естественные примеси, т.е. обусловленные
природными процессами, и антропогенные,
т.е. возникающие в результате хозяйственной
деятельности человечества (рис. 1). Уровень
загрязнения атмосферы примесями от естественных
источников является фоновым и имеет малые
отклонения от среднего уровня во времени.
Рис. 1. Схема
процессов выбросов веществ в
атмосферу и трансформации
исходных
веществ в продукты с последующим
выпадением в виде осадков
Антропогенные
загрязнения отличаются многообразием
видов примесей и многочисленностью источников
их выброса. Наиболее устойчивые зоны
с повышенными концентрациями загрязнений
возникают в местах активной жизнедеятельности
человека. Установлено, что каждые 10-12
лет объем мирового промышленного производства
удваивается, а это сопровождается примерно
таким же ростом объема выбрасываемых
загрязнений в окружающую среду. По ряду
загрязнений темпы роста их выбросов значительно
выше средних. К таковым относятся аэрозоли
тяжелых и редких металлов, синтетические
соединения, не существующие и не образующиеся
в природе, радиоактивные, бактериологические
и другие загрязнения.
Примеси
поступают в атмосферу в виде
газов, паров, жидких и твердых частиц.
Газы и пары образуют с воздухом
смеси, а жидкие и твердые частицы - аэрозоли
(дисперсные системы), которые подразделяют
на пыль (размеры частиц более 1 мкм), дым
(размеры твердых частиц менее 1 мкм) и
туман (размер жидких частиц менее 10 мкм).
Пыль, в свою очередь, может быть крупнодисперсной
(размер частиц более 50 мкм), среднедисперсной
(50-10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм).
В зависимости от размера жидкие частицы
подразделяются на супертонкий туман
(до 0,5 мкм), тонкодисперсный туман (0,5-3,0
мкм), грубодисперсный туман (3-10 мкм) и
брызги (свыше 10 мкм). Аэрозоли чаще полидисперсные,
т.е. содержат частицы различного размера.
Основными
химическими примесями, загрязняющими
атмосферу, являются следующие: оксид
углерода (СО), диоксид углерода (СО 2),
диоксид серы (SO 2), оксиды азота, озон,
углеводороды, соединения свинца, фреоны,
промышленные пыли.
Основными
источниками антропогенных аэрозольных
загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции
(ТЭС), потребляющие уголь высокой зольности,
обогатительные фабрики, металлургические,
цементные, магнезитовые и другие заводы.
Аэрозольные частицы от этих источников
отличаются большим химическим разнообразием.
Чаще всего в их составе обнаруживаются
соединения кремния, кальция и углерода,
реже
–
оксиды металлов: железа,
магния, марганца, цинка, меди, никеля,
свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка,
бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена,
а также асбест. Еще большее разнообразие
свойственно органической пыли, включающей
алифатические и ароматические углеводороды,
соли кислот. Она образуется при сжигании
остаточных нефтепродуктов, в процессе
пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических
и других подобных предприятиях.
К
постоянным источникам аэрозольного загрязнения
относятся промышленные отвалы
–
искусственные насыпи из переотложенного
материала, преимущественно вскрышных
пород, образующихся при добыче полезных
ископаемых или же из отходов предприятий
перерабатывающей промышленности, ТЭС.
Производство цемента и других строительных
материалов также является источником
загрязнения атмосферы пылью.
Сжигание
каменного угля, производство цемента
и выплавка чугуна дают суммарный выброс
пыли в атмосферу, равный 170 млн т/г.
Значительная
часть аэрозолей образуется в
атмосфере при взаимодействии твердых
и жидких частиц между собой или с водяным
паром. К опасным факторам антропогенного
характера, способствующим серьезному
ухудшению качества атмосферы, следует
отнести ее загрязнение радиоактивной
пылью. Время пребывания мелких частиц
в нижнем слое тропосферы составляет в
среднем несколько суток, а в верхнем
–
20-40 суток. Что касается частиц, попавших
в стратосферу, то они могут находиться
в ней до года, а иногда и больше.
III. Методы и средства защиты атмосферы
1)
Основные методы защиты
атмосферы
от
химических примесей
Все
известные методы и средства защиты
атмосферы от химических примесей можно
объединить в три группы.
В
первую группу входят мероприятия, направленные
на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение
количества выбрасываемого вещества в
единицу времени. Во вторую группу входят
мероприятия, направленные на защиту атмосферы
путем обработки и нейтрализации вредных
выбросов специальными системами очистки.
В третью группу входят мероприятия по
нормированию выбросов как на отдельных
предприятиях и устройствах, так и в регионе
в целом.
Для
снижения мощности выбросов химических
примесей в атмосферу наиболее широко
используют:
- замену менее
экологичных видов топлива экологичными;
сжигание топлива по специальной технологии;
создание замкнутых производственных циклов.
Сжигание топлива по особой технологии (рис. 2) осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо предварительной их газификацией.
Рис. 2. Схема тепловой электростанции с использованием дожигания
топочных газов и впрыскиванием сорбента: 1 - паровая турбина; 2 - горелка;
3 - бойлер; 4 - электроосадитель; 5 - генератор
Для
уменьшения мощности выброса серы твердое,
порошкообразное или жидкое топливо сжигают
в кипящем слое, который формируется из
твердых частиц золы, песка или других
веществ (инертных или реакционно-способных).
Твердые частицы вдуваются в проходящие
газы, где они завихряются, интенсивно
перемешиваются и образуют принудительно
равновесный поток, который в целом обладает
свойствами жидкости.
Предварительной
газификации подвергаются уголь
и нефтяные топлива, однако на практике
чаще всего применяют газификацию угля.
Поскольку в энергетических установках
получаемый и отходящий газы могут быть
эффективно очищены, то концентрации диоксида
серы и твердых частиц в их выбросах будут
минимальными.
Одним
из перспективных способов защиты атмосферы
от химических примесей является внедрение
замкнутых производственных процессов,
которые сводят к минимуму выбрасываемые
в атмосферу отходы, вторично используя
их и потребляя, т. е. превращая их в новые
продукты.
2) Классификация систем очистки воздуха и их параметры
По
агрегатному состоянию загрязнители
воздуха подразделяются на пыли, туманы
и газопарообразные примеси. Промышленные
выбросы, содержащие взвешенные твердые
или жидкие частицы, представляют собой
двухфазные системы. Сплошной фазой в
системе являются газы, а дисперсной
–
твердые частицы или капельки жидкости.
и т.д.................
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Способы и средства защиты атмосферы и оценка их эффективности
Выполнила:
студентка группы МТS ИС 121
Колемасова А.С.
Ростов-на-Дону
Введение
2. Механическая очистка газов
Используемые источники
Введение
Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается как огромный "химический котел", который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания.
Загрязнением атмосферы считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам - всей окружающей среде.
Очистка воздуха от примесей.
Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используют следующие меры:
Экологизацию технологических процессов;
Очистку газовых выбросов от вредных примесей;
Рассеивание газовых выбросов в атмосфере;
Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.
Безотходная и малоотходная технология.
Экологизация технологических процессов - это создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.
Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин "безотходная технология" впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. То есть понимают принцип организации и функционирования производств, при рациональном использовании всех компонентов сырья и энергии в замкнутом цикле: (первичные сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы).
Конечно же, понятие "безотходное производство" имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален. Малоотходная технология является промежуточной ступенью при создании безотходного производства.
1. Разработка безотходных технологий
В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий:
1) разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов;
2) переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья;
3) создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.
Важность экономного и рационального использования природных ресурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений.
Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса.
Очистка газовых выбросов от вредных примесей
Газовые выбросы классифицируются по организации отвода и контроля - на организованные и неорганизованные, по температуре на нагретые и холодные.
Организованный промышленный выброс - это выброс, поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы.
Неорганизованные называют промышленные выбросы, поступающие в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования. Отсутствие или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта.
Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов используют системы очистки газов. Под очисткой газов понимают отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.
2. Механическая очистка газов
Она включает сухие и мокрые методы.
Очистка газов в сухих механических пылеуловителях.
К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительная камера), инерционный (камеры, осаждение пыли в которых происходит в результате изменения направления движения газового потока или установки на его пути препятствия) и центробежный.
Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах (рис. 1). Для уменьшения высоты осаждения частиц в осадительных камерах установлено на расстоянии 40-100 мм множество горизонтальных полок, разбивающих газовый поток на плоские струи. Гравитационное осаждение действенно лишь для крупных частиц диаметром более 50-100 мкм, причем степень очистки составляет не выше 40-50%. Метод пригоден лишь для предварительной, грубой очистки газов.
Пылеосадительные камеры (рис. 1). Осаждение взвешенных в газовом потоке частиц в пылеосадительных камерах происходит под действием сил тяжести. Простейшими конструкциями аппаратов этого типа являются отстойные газоходы, снабжаемые иногда вертикальными перегородками для лучшего осаждения твердых частиц. Для очистки горячих печных газов широко применяют многополочные пылеосадительные камеры.
Пылеосадительная камера состоит: 1 - входной патрубок; 2 - выходной патрубок; 3 - корпус; 4 - бункер взвешенных частиц.
Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выходя через щели и меняя при этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет 10-15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 100-400 Па (10-40 мм вод. ст.). Частицы пыли с d < 20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20-70%. Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода - быстрое истирание или забивание щелей.
Данные аппараты отличаются простотой изготовления и эксплуатации, их достаточно широко используют в промышленности. Но эффективность улавливания не всегда достаточна.
Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны (рис.2) различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклонов высокой производительности, в частности батарейных циклонов (производительностью более 20000 м 3 /ч), степень очистки составляет около 90% при диаметре частиц d > 30 мкм. Для частиц с d = 5-30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d == 2-5 мкм она составляет менее 40%.
атмосфера промышленный выброс очистка
На рис. 2 воздух вводится тангенциально во входной патрубок (4) циклона, представляющую собой закручивающий аппарат. Сформировавшийся здесь вращающийся поток опускается по кольцевому пространству, образованному цилиндрической частью циклона (3) и выхлопной трубой (5), в его конусную часть (2), а затем, продолжая вращаться, выходит из циклона через выхлопную трубу. (1) - пылевыпускное устройство.
Аэродинамические силы искривляют траекторию частиц. При вращательно-нисходящем движении запыленного потока пылевые частицы достигают внутренней поверхности цилиндра, отделяются от потока. Под влиянием силы тяжести и увлекающего действия потока отделившиеся частицы опускаются и через пылевыпускное отверстие проходят в бункер.
Более высокая степень очистки воздуха от пыли по сравнению с сухим циклоном может быть получена в пылеуловителях мокрого типа (рис. 3), в которых пыль улавливается в результате контакта частиц со смачивающей жидкостью. Этот контакт может осуществляться на смоченных стенках, обтекаемых воздухом, на каплях или на свободной поверхности воды.
На рис. 3 представлен циклон с водяной пленкой. Запыленный воздух подается через воздуховод (5) в нижнюю часть аппарата тангенциально со скоростью 15-21 м/с. Закрученный воздушный поток, двигаясь вверх, встречает пленку воды, стекающую вниз по поверхности цилиндра (2). Очищенный воздух отводится из верхней части аппарата (4) также тангенциально по направлению вращения воздушного потока. В циклоне с водяной пленкой нет выхлопной трубы, свойственной сухим циклонам, что позволяет уменьшить диаметр его цилиндрической части.
Внутренняя поверхность циклона непрерывно орошается водой из сопл (3), размещенных по окружности. Пленка воды на внутренней поверхности циклона должна быть сплошной, поэтому сопла установлены так, что струи воды направлены по касательной к поверхности цилиндра по ходу вращения воздушного потока. Пыль, захваченная водяной пленкой, стекает вместе с водой в коническую часть циклона и удаляется через патрубок (1), погруженный в воду отстойника. Отстоявшаяся вода вновь подается в циклон. Скорость воздуха на входе циклона 15-20 м/с. Эффективность циклонов с водяной пленкой составляет для пыли размером частиц до 5 мкм - 88-89%, для пыли с более крупными частицами - 95-100%.
Другими типами центробежного пылеуловителя служат ротоклон (рис. 4) и скруббер (рис. 5).
Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности, так как у них отсутствуют движущиеся части в аппарате и высокая надежность работы при температуре газов до 500 0 С, улавливание пыли в сухом виде, почти постоянное гидравлическое сопротивление аппарата, простота изготовления, высокая степень очистки.
Рис. 4 - Газопромывательс центральной опускной трубой:1 - входной патрубок; 2 - резервуар с жидкостью; 3 - сопло
Запыленный газ входит по центральной трубе, с большой скоростью ударяется о поверхность жидкости и, поворачивая на 180°, удаляется из аппарата. Частицы пыли при ударе проникают в жидкость и в виде шлама периодически или непрерывно отводятся из аппарата.
Недостатки: высокое гидравлическое сопротивление 1250-1500 Па, плохое улавливание частиц размером меньше 5 мкм.
Полые форсуночные скрубберы представляют собой колонны круглого или прямоугольного сечения, в которых осуществляется контакт между газами и каплями жидкости, распыливаемой форсунками. По направлению движения газов и жидкости полые скрубберы делятся на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. При мокром обеспыливании обычно применяют аппараты с противонаправленным движением газов и жидкости, реже - с поперечным подводом жидкости. Прямоточные полые скрубберы широко используются при испарительном охлаждении газов.
В противоточном скруббере (рис. 5.) капли из форсунок падают навстречу запыленному потоку газов. Капли должны быть достаточно крупными, чтобы не быть унесенными газовым потоком, скорость которого обычно составляет vг = 0,61,2 м/с. Поэтому в газопромывателях обычно устанавливают форсунки грубого распыления, работающие при давлении 0,3-0,4 МПа. При скоростях газов более 5 м/с после газопромывателя необходима установка каплеуловителя.
Рис. 5 - Полый форсуночный скруббер: 1 - корпус; 2 - газораспределительная решетка; 3 - форсунки
Высота аппарата обычно в 2,5 раза превышает его диаметр (Н = 2,5D). Форсунки устанавливают в аппарате в одном или нескольких сечениях: иногда рядами (до 14-16 в сечении), иногда только по оси аппарата.Факел распыла форсунок может быть направлен вертикально сверху вниз или под некоторым углом к горизонтальной плоскости. При расположении форсунок в несколько ярусов возможна комбинированная установка распылителей: часть факелов направлена по ходугазов, другая часть - в противоположном направлении. Для лучшего распределения газов по сечению аппарата в нижней части скруббера устанавливают газораспределительную решетку.
Полые форсуночные скрубберы широко используют для улавливания крупной пыли, а также при охлаждении газов и кондиционирования воздуха. Удельный расход жидкости невелик - от 0,5 до 8 л/м 3 очищенного газа.
Для очистки газов используют также фильтры. Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие материалы. Фильтрующие перегородки состоят из волокнистых или зернистых элементов и условно подразделяются на следующие типы.
Гибкие пористые перегородки - тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон, нетканные волокнистые материалы (войлоки, бумаги, картон) ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).
Фильтрация - весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества - сравнительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.
3. Очистка выбросов газообразных веществ, промышленных предприятий
В настоящее время, когда безотходная технология находится в периоде становления и полностью безотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами.
Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на пять основных групп:
1. Метод абсорбции - заключается в поглощении отдельных компонентов газообразной смеси абсорбентом (поглотителем) в качестве которого выступает жидкость.
Абсорбенты, применяемые в промышленности, оцениваются по следующим показателям:
1) абсорбционная емкость, т.е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в зависимости от температуры и давления;
2) селективность, характеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скоростей их абсорбции;
3) минимальное давление паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента;
4) дешевизна;
5) отсутствие коррозирующего действия на аппаратуру.
В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др. Например, для очистки газов от аммиака, хлористого и фтористого водорода в качестве абсорбента используют воду, для улавливания водяных паров - серную кислоту, для улавливания ароматических углеводородов - масла.
Абсорбционная очистка - непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно.
Для реализации процесса очистки применяют абсорберы различных конструкций (пленочные, насадочные, трубчатые и др.). Наиболее распространен насадочный скруббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хлороводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т.д. В насадочных скрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивного гидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости газа 0,02-0,7 м/с. Объемы аппаратов поэтому велики и установки громоздки.
Рис. 6 - Насадочный скруббер с поперечным орошением: 1 - корпус; 2 - форсунки; 3 - оросительное устройство;4 - опорная решетка; 5 - насадка; 6 - шламосборник
Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.
Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа.
2. Метод хемосорбции - основан на поглощении газов и паров твердыми и жидкими поглотителями, в результате чего образуются мало летучие и малорастворимые соединения. Большинство хемосорбционных процессов газоочистки обратимы, т.е. при повышении температуры поглотительного раствора химические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с регенерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцией поглощенной из газа примеси. Этот прием положен в основу регенерации хемосорбентов в циклических системах газоочистки. Хемосорбция в особенности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой начальной концентрации примесей.
3. Метод адсорбции - основан на улавливании вредных газовых примесей поверхностью твердых тел, высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью.
Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей - разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.
Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, - это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам - высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной способности и легкости регенерации. Известны различные конструкции адсорбентов (вертикальные, используемые при малых расходах, горизонтальные, при больших расходах, кольцевые). Очистку газа осуществляют через неподвижные слои адсорбента и движущиеся слои. Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие - на стадиях регенерации, охлаждения и др. Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью заменяют.
Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, которые характеризуются высокими скоростями газового потока (на порядок выше, чем в периодических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностью работы.
Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:
1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;
2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии. Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т.е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.
Недостатки большинства адсорбционных установок - периодичность.
4. Метод каталитического окисления - основан на удалении примесей из очищаемого газа в присутствии катализаторов.
Действие катализаторов проявляется в промежуточном химическом взаимодействии катализатора с реагирующими веществами, в результате чего образуется промежуточные соединения.
В качестве катализаторов применяют металлы и их соединения (оксиды меди, марганца и др.) Катализаторы имеют вид шаров, колец или другую форму. Особенно широко этот метод используется для очистки выхлопных газов. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т.е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствие которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).
Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.
Недостаток многих процессов каталитической очистки - образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.
5. Термический метод заключается в очистке газов перед выбросом в атмосферу путем высокотемпературного дожигания.
Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода. Простейший метод - факельное сжигание - возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температура процесса 750-900°С и теплоту горения примесей можно утилизировать.
Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу.
Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.
Используемые источники
1. Экологическая доктрина Российской Федерации. Официальный сайт государственной службы охраны окружающей природной среды России - eco-net/
2. Внуков А.К., Защита атмосферы от выбросов энергообъектов. Справочник, М.: Энергоатомиздат, 2001
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проектирования аппаратурно-технологической схемы защиты атмосферы от промышленных выбросов. Экологическое обоснование принимаемых технологических решений. Защита природной среды от антропогенного воздействия. Количественная характеристика выбросов.
дипломная работа , добавлен 17.04.2016
Перегрев нелетучих веществ. Физические обоснования достижимых перегревов. Термодинамическая устойчивость метастабильного состояния вещества. Схема установки контактного термического анализа и регистратора. Недостатки основных способов очистки атмосферы.
реферат , добавлен 08.11.2011
Краткое описание технологии очистки воздуха. Применение и характеристика адсорбционного метода защиты атмосферы. Адсорбционные угольные фильтры. Очистка от серосодержащих соединений. Адсорбционная регенерационная система очистки воздуха "АРС – аэро".
курсовая работа , добавлен 26.10.2010
Основные понятия и определения процессов пылеулавливания. Гравитационные и инерционные методы сухой очистки газов и воздуха от пыли. Мокрые пылеуловители. Некоторые инженерные разработки. Пылеуловитель на основе центробежной и инерционной сепарации.
курсовая работа , добавлен 27.12.2009
Безотходная и малоотходная технология. Очистка газовых выбросов от вредных примесей. Очистка газов в сухих механических пылеуловителях. Промышленные способы очистки газовых выбросов от парообразных токсичных примесей. Метод хемосорбции и адсорбции.
контрольная работа , добавлен 06.12.2010
Строение и состав атмосферы. Загрязнение атмосферы. Качество атмосферы и особенности ее загрязнения. Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу. Методы и средства защиты атмосферы. Классификация систем очистки воздуха и их параметры.
реферат , добавлен 09.11.2006
Двигатель как источник загрязнения атмосферы, характеристика токсичности его отработавших газов. Физико-химические основы очистки отработанных газов от вредных компонентов. Оценка негативного воздействия эксплуатации судна на окружающую природную среду.
курсовая работа , добавлен 30.04.2012
Характеристика выбросов в деревообрабатывающем цехе при шлифовании: загрязнение атмосферы, воды и почвы. Виды шлифовальных станков. Выбор метода очистки выбросов. Утилизация твердых отходов. Аппаратно-технологическое оформление системы защиты атмосферы.
курсовая работа , добавлен 27.02.2015
Применение технических средств очистки дымовых газов как основное мероприятие по защите атмосферы. Современные методики разработки технических средств и технологических процессов очистки газов в скруббере Вентури. Расчеты конструктивных параметров.
курсовая работа , добавлен 01.02.2012
Воздействие на атмосферу. Улавливание твердых веществ из дымовых газов ТЭС. Направления защиты атмосферы. Основные показатели работы золоуловителя. Основной принцип работы электрофильтра. Расчет батарейного циклона. Выбросы золы и очистка от них.
Загрязнители воздуха могут находиться в разном агрегатном состоянии – это может быть состояние пыли, тумана, газопарообразных примесей. Их можно разделить на первичные – эти загрязнители непосредственно поступают в атмосферу и вторичные , являющиеся результатом их превращений.
Замечание 1
Например, сернистый газ, поступающий в атмосферу, окисляется до серного ангидрида. Взаимодействуя с водяным паром серный ангидрид, образует капли серной кислоты, образуя кислотные дожди.
В выбросах промышленных предприятий содержатся твердые взвешенные или жидкие частицы. Они представляют собой двухфазные системы. Газы в этой системе являются сплошной фазой , а твердые или жидкие частицы относятся к дисперсной фазе . Исходя из этого, системы очистки воздуха должны быть разные.
Очистка от пыли состоит из 4-х основных групп:
- Сухие пылеуловителя;
- Мокрые пылеуловители;
- Электрофильтры;
- Фильтры.
Пылеуловители и электрофильтры используются тогда, когда содержание пыли в воздухе повышенно. Тонкая очистка воздуха при концентрации примесей меньше $100$ мг/куб. м осуществляется с помощью фильтров. Присутствующие в воздухе примеси в виде жидкостей – кислот, щелочей, масел, создающих туман, убирают с помощью туманоуловителей и используют для этого волокнистые фильтры . От выбранного метода очистки воздуха зависят средства защиты от газообразных примесей.
В связи с этим выделяют:
- Метод промывки вредных веществ их растворителями или метод абсорбции ;
- Метод адсорбции . Газообразные примеси поглощаются за счет катализаторов;
- Метод хемосорбции , с помощью которого происходит промывка выбросов растворами реагентов. Реагенты связывают примеси химически;
- Сжигание или метод термической нейтрализации;
- Каталитический метод.
Весь процесс по очистке воздуха можно охарактеризовать основными параметрами:
Насколько эффективна общая очистка воздуха, показывающая степень снижения вредных веществ в применяемом средстве. Эффективность характеризуется коэффициентом $h= \frac{C_{вх} – C_{вых}}{C_{вх}}.$ Cвх и Cвых, представляют концентрацию вредных веществ до и после очистки воздуха.
Оказываемое гидравлическое сопротивление . Это разность давления на входе и выходе из системы очистки $DP=\frac{xrV2}{2}$, $X$ – гидравлическое сопротивление, $r$– плотность воздуха (кг/ куб. м), $V$ – скорость воздуха (м/с). Производительность процесса показывает, какой объем воздуха проходит через систему за единицу времени (куб.м/час).
Механические системы очистки воздуха
Чтобы промышленные выбросы очистить от твердых и жидких вредных примесей используют улавливающие аппараты различных конструкций.
Принцип их работы:
Инертное осаждение . Суть его заключается в том, что направление вектора скорости движения выброса резко изменяется. Под действием инерционных сил твердые частицы будут двигаться в прежнем направлении, и попадать в приёмный бункер.
Осаждение гравитационными силами . Осаждение под их действием происходит из-за различной кривизны траектории движения газов и частиц. Вектор скорости его движения направлен горизонтально.
Осаждения центробежными силами . Суть его в том, что вредным выбросам придается вращательное движение внутри циклона и твердые частицы в результате этого центробежной силой отбрасываются к сетке. Поскольку центробежное ускорение больше ускорения силы тяжести в $1000$ раз, то удалить можно даже мелкие частицы. Циклоны, как правило, используются для сухой очистки воздуха. Частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Через специальную выходную трубу выходит чистый воздух. Важным в этом процессе является герметичность бункера, чтобы осаждаемые частицы пыли не попали в выходную трубу. Концентрация и размер частиц пыли влияют на эффективность циклонов. Улавливающая способность циклонов в общей степени составляет $95$ %. Небольшие размеры, отсутствие движущихся деталей, простота конструкции являются основными преимуществами циклонов. К недостаткам относятся затраты энергии на вращение и значительный абразивный износ его частей.
Механическая фильтрация выброса через пористую перегородку. В процессе такой фильтрации задерживаются аэрозольные частицы, и полностью проходит газовая составляющая.
К механической системе очистки воздуха относятся мокрые пылеуловители . Это скрубберы , особенностью которых является эффективность очистки от мелкодисперсной пыли. Данные системы очищают от пыли горячие и взрывоопасные газы. Принцип их работы заключается в осаждении частиц пыли под действием сил инерции на поверхность жидких капель. В качестве такого химического орошающего агента может быть известковое молоко, которое подаётся в скруббер. В этом случае будет происходить химическая очистка газов. Сухие пылеуловители очистку от пыли движущегося воздуха производят механически под действием сил гравитации и инерции и называются инерционными . Если направление движения воздуха будет резко изменено, то частицы пыли по инерции сохранят направление своего движения, ударятся о поверхность, потеряют свою энергию и, под действием сил гравитации, осядут в специальном бункере.
Один из эффективных способов очистки газов от пыли является электрический способ , который осуществляется с помощью электрофильтров. В неоднородном электрическом поле, создаваемом между коронирующим и осадительным электродами, действует ударная ионизация газа. Попавшие между электродами загрязненные газы, вследствие частичной ионизации, проводят электрический ток. Частицы с отрицательным зарядом направляются к осадительному электроду, с положительным зарядом оседают на коронируюшем электроде. Если учесть, что частицы пыли получают в основном отрицательный заряд, то её основная масса будет находиться на положительном осадительном электроде. Удалить её с этого электрода не является большой сложностью. С помощью электрофильтров очистка газов доходит до $97$ %. В этом процессе тоже есть свои преимущества – удаляются мелкие частицы от $0,2$ мкм и свои недостатки – большой расход энергии, необходимость следить за чистотой электродов, высокие требования к технике безопасности.
Тонкую очистку выбросов производят с помощью фильтров, которые имеют пористую перегородку. В процессе фильтрования воздуха перегородка задерживает твердые частицы. Чаще всего промышленность использует тканевые рукавные фильтры, в корпусе которых устанавливается нужное число рукавов. Загрязненный воздух подается на рукава, а очищенный воздух выходит через патрубок. Поскольку рукава содержат загрязненные частицы и насыщены ими, то их обычно продувают и встряхивают для удаления осажденной пыли.
Физико-химические методы очистки загрязненного воздуха
Среди физико-химических методов очистки воздуха надо назвать метод абсорбции . Суть его заключается в разделении на составные части газовоздушной смеси. Происходит это разделение при поглощении газовых компонентов абсорбентом , который и является поглотителем . Абсорбент имеет определенный состав и выбирается исходя из того, как в нем растворяется поглощаемый газ.
Замечание 2
Например, чтобы удалить из выбросов аммиак, хлористый водород, в качестве поглотительной жидкости применяют воду . Серная кислота используется для улавливания водяного пара, а вязкими маслами удаляют ароматические углеводороды.
Чаще всего в абсорберы подается жидкий реагент вместо воды. От скрубберов абсорберы отличаются тем, что имеют насадку, которая увеличивает площадь поверхности контакта газа и жидкости. Происходит механическая и, в основном, химическая очистка газов от целого ряда вредных выбросов, среди которых оксиды азота, сера, уголь, сероуглерод, меркаптан. Высокая скорость абсорбции достигается при высоком давлении и низкой температуре.
Метод адсорбции , среди всех методов защиты воздушного бассейна он относится к одному из самых распространенны х. В основе метода лежат физические свойства ряда пористых материалов, способных извлекать отдельные компоненты из газовоздушной смеси. Основным адсорбентом в промышленности является активированный уголь . С помощью адсорбции проводится очистка вредных выбросов при высоких температурах. Используют активированный уголь для очистки газов от рекуперации растворителей, дурно пахнущих веществ и др. С точки зрения конструкции адсорберы представляют собой заполненные адсорбентом вертикальные или горизонтальные ёмкости и через них проходит поток очищаемых газов.
Хемосорбция как метод очистки основана на поглощении паров и газов. Поглощение осуществляется жидкими или твердыми поглотителями с образованием химических соединений. Применяемые для этого метода установки напоминают абсорберы.
Каталитический метод использует специальное вещество – катализатор , при взаимодействии с которым токсичные компоненты газовоздушной смеси становятся безвредными веществами. Катализаторами могут быть металлы и их соединения, например, платина, оксиды меди, марганца. Катализаторы ускоряют химический процесс и могут быть в виде шаров, колец, спиральной проволоки.
Чтобы очистить газ от вредных веществ используют термический метод , который требует поддержания высоких температур и наличия кислорода. С помощью термических катализаторов сжигаются углеводороды, оксид углерода, выбросы, сделанные с лакокрасочного производства.
Классическим примером очистки газов этим способом являются факелы на нефтеперерабатывающих заводах. Отработавшие газы предприятия, имеющие разное содержание горючих веществ, собирают в одну магистраль и на высоте около $100$ м сжигаются. Сжигание этих газов обязательно, потому что они ядовиты и взрывоопасны. В результате сжигания вредных примесей происходит полная очистка газов с выделением оксида углерода и пара, но при этом расходуется много топлива.
